选修3 第二章 分子结构与性质

选修3第二章 分子结构与性质

(计时：45分钟 满分：100分)

1．(15分)(2014·课标全国Ⅱ) 周期表前四周期的元素a 、b 、c 、d 、e ，原子序数依次增大。a 的核外电子总数与其周期数相同，b 的价电子层中的未成对电子有3个，c 的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d 与c 同族，e 的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：

(1)b、c 、d 中第一电离能最大的是__________(填元素符号) ，e 的价层电子轨道示意图为_____________。 (2)a和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子的中心原子的杂化方式为________；分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是__________________(填化学式，写出两种) 。

(3)这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是______________；酸根呈三角锥结构的酸是________(填化学式) 。

(4)c和e 形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e 的化合价为________。 (5)这5种元素形成的一种1结构(如图2所示) 。

1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体

该化合物中，阴离子为______________，阳离子中存在的化学键类型有__________________，该化合物加热时首先失去的组分是________，判断理由是____________________。

解析 根据“a 的核外电子总数与其周期数相同”可知a 为H 元素；根据“c 的最外层电子数为其内层电子数的3倍”可知c 为O 元素；根据“b 的价电子层中的未成对电子有3个”且原子序数：b

(1)由于O 的非金属性比S 强，故第一电离能O>S；由于N 的2p 轨道处于半充满的较稳定状态，故其第一电离能大于O ，故N 、O 、S 三种元素中，第一电离能最大的是N 元素；Cu

的价层电子轨道示意图为

。

(2)H元素可以和N 元素形成三角锥形分子NH 3，在NH 3中，中心原子N 原子的杂化方式为sp 3杂化；H 元素与N 元素形成的N 2H 4，H 元素与O 元素形成的H 2O 2，都是既含有极性键又含有非极性键的化合物。

(3)这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子价层电子对数为3的是HNO 2、HNO 3；酸根呈三角锥结构的是H 2SO 3。

1

(4)由图1可知该晶体结构中Cu 的个数为4，O 的个数为8×1＝2，化学式为Cu 2O 即Cu 的化合价

8

为＋1价。

－

(5)根据阴离子呈四面体结构可知阴离子是SO 24；阳离子中存在的化学键有共价键和配位键；该化合

＋＋

物加热时首先失去的组分是H 2O ；因为H 2O 与Cu 2形成的配位键比NH 3与Cu 2形成的配位键弱。

答案 (1)N

(2)sp3 H 2O 2、N 2H 4

(3)HNO2、HNO 3 H 2SO 3

(4)＋1

－2＋2＋

(5)SO24 共价键和配位键 H 2O H 2O 与Cu 的配位键比NH 3与Cu 的弱 2．(15分)(2014·山东理综) 石墨烯(图甲) 是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙) 。

(1)图甲中，1号C 与相邻C 形成σ键的个数为________。

(2)图乙中，1号C 的杂化方式是________，该C 与相邻C 形成的键角________(填“>”“

(3)若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H 2O 中，则氧化石墨烯中可与H 2O 形成氢键的原子有________(填元素符号) 。

(4)石墨烯可转化为富勒烯(C60) ，某金属M 与C 60可制备一种低温超导材料，晶胞如图丙所示，M 原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M 原子的个数为________，该材料的化学式为________。

解析 (1)两个成键原子间有且只有一个σ键，1号C 与周围3个碳原子形成3个σ键。

(2)图乙中，1号C 形成了4个σ键，杂化方式为sp 3，形成四面体结构，1号C 与相邻C 形成的键角为109.5°；而甲中1号C 形成平面三角形结构，1号C 与相邻C 形成的键角为120°，因此图乙中的键角小。

(3)氧化石墨烯中的氧原子与H 2O 中的氢原子，氧化石墨烯中的氢原子与H 2O 中的氧原子都可以形成氢键。

1

(4)棱上有12个M 原子，内部有9个，晶胞中M 原子的个数为12×＋9＝12，C 60位于晶胞的顶点和

4

11

面心上，其个数为8×＋6×4，化学式为M 3C 60。

82

答案 (1)3 (2)sp3

(4)12 M 3C 60 3．(15分)(2014·福建理综) 氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。

(1)基态硼原子的电子排布式为________。

(2)关于这两种晶体的说法，正确的是________(填序号) 。 a ．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大 b ．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软 c ．两种晶体中的B —N 键均为共价键 d ．两种晶体均为分子晶体

(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为____________，其结构与石墨相似却不导电，原因是______。

(4)立方相氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为__________。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300 km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是_____________。

(5)NH4BF 4(氟硼酸铵) 是合成氮化硼纳米管的原料之一。1 mol NH4BF 4含有________mol配位键。 解析 (1)硼原子核外有5个电子，电子排布式为1s 22s 22p 1。

(2)六方相氮化硼与石墨相似，层间是分子间作用力；立方相氮化硼中都是单键，无π键，二者均不是分子晶体，b 、c 正确。

(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与3个氮原子形成平面三角形结构，最外层电子全部成键，没有自由移动的电子存在，故不能导电。

(4)立方相氮化硼晶体中，每个硼原子与4个氮原子形成4个σ键，因此为sp 3杂化，根据其存在的环境可知反应条件为高温高压。

(5)在1 mol NH4BF 4中含有1 mol N→H 和1 mol B←F 键。 答案 (1)1s22s 22p 1 (2)bc

(3)平面三角形 层状结构中没有自由移动的电子 (4)sp3 高温高压 (5)2

4．(12分)(2014·四川理综)X 、Y 、Z 、R 为前四周期元素，且原子序数依次增大。XY 2是红棕色气体；

＋

X 与氢元素可形成XH 3；Z 基态原子的M 层与K 层电子数相等；R 2离子的3d 轨道中有9个电子。

请回答下列问题：

(1)Y基态原子的电子排布式是________；Z 所在周期中第一电离能最大的主族元素是________。

－＋

(2)XY2离子的立体构型是________；R 2的水合离子中，提供孤电子对的原子是________。 (3)Z与某元素形成的化合物的晶胞如图所示，晶胞中阴离子与阳离子的个数比是________。

(4)将R 单质的粉末加入XH 3的浓溶液中，通入Y 2，充分反应后溶液呈深蓝色，该反应的离子方程式是_____________________。

解析 (1)XY2是红棕色气体，应为NO 2，则X 为氮元素，Y 为氧元素；Z 基态原子的M 层与K 层电子数相等，K 层有2个电子，则M 层也有2个电子，是镁元素，第3周期中第一电离能最大的主族元素是氯元素。

－＋

(2)NO2中氮原子是sp 2杂化，与氧原子形成2个σ键，立体构型是V 形；R 2离子的3d 轨道有9个电

＋

子，其电子排布式为1s 22s 22p 63s 23p 63d 9，共27个电子，因此R 为29号元素铜元素，Cu 2有空轨道，能接受孤对电子形成配位键，在H 2O 中氧原子能提供孤对电子。

11

(3)在晶胞中阴离子位于面和内部，共有4×＋2＝4个，阳离子位于顶点和体心，共有8×＋1＝2个，

28二者个数比为21。

(4)铜与浓氨水、氧气反应后溶液呈深蓝色，生成氢氧化四氨合铜，从而可写出方程式并配平。 答案 (1)①1s 22s 22p 4 ②Cl (2)①V 形 ②O (3)21

(4)2Cu＋8NH 3·H 2O ＋O 2===

＋－

2[Cu(NH3) 4]2＋4OH ＋6H 2O 5．(9分)(2014·江苏理综) 含有NaOH 的Cu(OH)2悬浊液可用于检验醛基，也可用于和葡萄糖反应制备纳米Cu 2O 。

＋

(1)Cu基态核外电子排布式为__________。

－

(2)与OH 互为等电子体的一种分子为________(填化学式) 。 (3)醛基中碳原子的轨道杂化类型是____________；1 mol乙醛分子中含有的σ键的数目为__________。 (4)含有NaOH 的Cu(OH)2悬浊液与乙醛反应的化学方程式为__________________________________________________________。

(5)Cu2O 在稀硫酸中生成Cu 和CuSO 4。铜晶胞结构如下图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为________。

解析 (1)依据原子序数从K 开始数到Cu 为11，所以Cu 原子核外电子排布式为[Ar]3d104s 1，所以Cu ＋

的核外电子排布式为[Ar]3d10。

(2)符合条件的分子中除一个氢原子外，另一元素的原子最外层电子数应比O 最外层多一个电子，HF 、HCl 均符合。

(3)由结构式

，可知碳原子形成3个σ键，4个电子全部成键无孤对电子，为sp 2杂化，

由

可知形成6 mol σ键。

(4)乙醛被弱氧化剂氧化生成乙酸钠和Cu 2O 。

(5)选择一个顶点作中心原子，此晶胞中与此顶点最近的Cu 原子为3个面心上的Cu 原子，此顶点周

1

围共有8个晶胞，每个面心上的原子被两个晶胞共用，所以Cu 原子数为3××8＝12。

2

答案 (1)[Ar]3d10或1s 22s 22p 63s 23p 63d 10 (2)HF

(3)sp2 6N A 或6×6.02×1023个

△

(4)2Cu(OH)2＋CH 3CHO ＋NaOH ――→CH 3COONa ＋Cu 2O ↓＋3H 2O (5)12 6．(10分)(2015·湖南检测) 元素X 是地壳中含量最多的元素；元素Y 基态原子的3p 轨道上有4个电子；元素Z 位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。

(1)X基态原子的电子排布式为________。

(2)X的氢化物(H2X) 在乙醇中的溶解度大于H 2Y ，其原因是_________________________________________________________。

(3)在Y 的氢化物(H2Y) 分子中，Y 原子轨道的杂化类型是________。

－

(4)Y与X 可形成YX 23。

－

①YX 23的空间构型为________(用文字描述) 。

－

②写出一种与YX 23互为等电子体的分子的化学式______。 (5)Y与Z 所形成化合物晶体的晶胞如图所示，该化合物的化学式为________。其晶胞边长为540.0 pm，

－3

密度为__________g·cm (列式并计算) ，a 位置Y 与b 位置Z 之间的距离为__________pm(列式表示) 。

(6)Z的氯化物与氨水反应可形成配合物[Z(NH3) 4]Cl2，2 mol该配合物中含有σ键的数目为________。 解析 由题给条件知，X 、Y 、Z 分别是O 、S 、Zn 。(1)O的基态原子的电子排布式为：1s 22s 22p 4。(2)因为水分子和乙醇分子间能形成氢键，所以H 2O 在乙醇中的溶解度大于H 2S 在乙醇中的溶解度。(3)H2S

－

中S 采用sp 3杂化。(4)①SO 23中S 原子价层电子对＝(6＋2)/2＝4，其空间构型是三角锥形。②等电子体原理是指两个或两个以上的分子(或离子) ，它们的原子数相同，分子(或离子) 中价电子数也相同，NCl 3、PCl 3

－

等都是SO 23的等电子体。(5)晶胞中S 离子位于顶点和面心，共有8×(1/8)＋6×(1/2)＝4个，Zn 离子位于

4×(65＋32) g·mol 1－

体心，共4个，则晶胞中平均含有4个ZnS ，晶胞的体积为(540.0×1010 cm)3，－，6.02×10 mol

－1

4×(65＋32) g·mol

－

6.02×10 mol1－－＋

cm 3。a 位置S 2与b 位置Zn 2之间的距离为立方体体对角线的－＝4.1 g·4(540.0×10 cm)

1－＋

对角线长度为3×540.0 pm，则a 位置S 2与b 位置Zn 2之间的距离为3×540.0 pm＝1353 pm 。(6)

4

锌的氯化物与氨水反应可形成配合物[Zn(NH3) 4]Cl2，计算σ键的数目时既要考虑配体中σ键，也要考虑配体与中心原子之间的配位键，因此2 mol该配合物中含有σ键的数目为32N A 或32×6.02×1023。

答案 (1)1s22s 22p 4

(2)水分子和乙醇分子间形成氢键 (3)sp3

(4)①三角锥形 ②NCl 3或PCl 3等

－

4×(65＋32) g·mol 1

－

6.02×10 mol(5)ZnS ＝4.1 －

(540.0×10 cm)135.021270.0

3×540.0 pm＝3或 4109°28′1－cos109°28′

sin

2

(6)32N A 或32×6.02×1023

7．(12分)A 、B 、C 、D 、E 、F 六种元素的原子序数依次增大。

已知：①F 的原子序数为25，其余均为短周期元素 ②元素A 与元素B 同周期，元素A 与元素E 同主族，且A 、B 、E 三原子p 轨道上均有2个未成对电子 ③元素C 、D 、E 在同一周期，且C 原子中没有未成对电子。

请回答下列问题：

(1)元素A 与元素B 的电负性大小比较为______>______，元素C 与元素D 的第一电离能的大小比较为__________>________(填入相应的元素符号) 。

(2)F的核外电子排布式为__________________。

(3)元素B 与元素E 形成的晶体所属的晶体类型为______晶体，在该晶体中原子间形成的共价键属于________(填选项字母) 。

A ．σ键 B ．π键 C ．既有σ键，又有π键

(4)由氢元素与A 、B 两元素共同构成的相对分子质量为30的分子里中心原子的杂化轨道类型为________，分子的空间构型为________。

(5)根据等电子原理，写出由元素A 与元素B 构成的一种双原子极性分子的结构式：____________。 答案 (1)O C Mg Al

(2)[Ar]3d54s 2或1s 22s 22p 63s 23p 63d 54s 2 (3)

原子 A

(4)sp2 平面三角形 (5)C≡O

－

8．(12分) Ⅰ. 双氰胺的结构简式如图所示。 (1)双氰胺的晶体类型为________。

(2)双氰胺所含元素中，________(填元素名称) 元素基态原子核外未成对电子数最多。 (3)双氰胺分子中σ键和π键数目之比为________。

Ⅱ. 硼的最简单氢化物——乙硼烷的球棍模型如图所示，由它制取硼氢化锂的反应为2LiH ＋B 2H 6===2LiBH4。

(4)乙硼烷分子中硼原子的杂化轨道类型为________。

－

(5)BH4为正四面体结构，LiBH 4中硼原子和氢原子之间的化学键有________。 A ．离子键 B ．金属键 C ．氢键 D ．配位键 E ．极性键 F ．非极性键

(6)根据以上反应判断，反应中涉及的元素的电负性从小到大的顺序为________(用元素符号表示) 。 (7)碳的最简单氢化物是CH 4，而硼的最简单氢化物不是BH 3，其原因为_________________。

答案 (1)分子晶体 (2)氮 (3)31 (4)sp3 (5)DE (6)Li

(7)CH4中碳原子形成8电子稳定结构，而BH 3中硼原子核外只有6个电子，不能达到稳定状态